一种实验室自动清洁机器人避障导航装置的制作方法

1.本发明涉及清洁机器人技术领域，具体为一种实验室自动清洁机器人避障导航装置。


背景技术：

2.随着社会科学技术的发展，自动清洁机器人被人们快速接收和使用。目前，因实验室需要常常且长时间被使用，以及实验室中也具有较多的设备、物体，不可避免的会产生一定的垃圾，一些在实验室中使用的清洁机器人，需要具有反应迅速灵活、精确、安全、避障等特性。但是现有的清洁机器人在使用过程中，在监测到有物体或设备会阻挡其前进的道路时，会进行避障，但是，其避障精确度、效果较差，当其实际避障的过程中，其距离物理或设备的避障距离较大，尽管实现的避障功能，但却导致物体或设备较近或紧靠的区域边缘未能得到充分的清洁，进而需要进行再次人工清洁；而且，当遇到一些临时存在实验室地面上的通电线、防采垫板等凸起物时，现有的清洁机器人往往难以跨越，尤其是柔性通电线，若对其所在的区域，还容易导致清洁刷与通电线发生缠绕，出现危险状况。
3.因此，本领域技术人员提供了一种实验室自动清洁机器人避障导航装置，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括顶盖罩、底盘、转向装置、行走装置、清洁装置以及避障导航转置，所述转向装置、行走装置以及清洁装置分别通过伸缩杆一安装在顶盖罩中，所述顶盖罩外侧套有侧凹环套，所述底盘与顶盖罩下端固定连接，所述避障导航转置安装在侧凹环套上，所述避障导航转置还包括有自旋控制装置、外旋导航装置，所述自旋控制装置固定在侧凹环套上，所述外旋导航装置与侧凹环套转动安装，所述自旋控制装置对外旋导航装置的自旋和非自旋方式进行调控，且所述避障导航转置还连接有避障导航监测系统，所述避障导航监测系统还包括有用于空间扫描的激光雷达、用于记录行进轨迹的gps轨迹记录模块以及辅助避障导航转置避障导航的压力传感监测系统。
5.作为本发明的一种优选技术方案，所述自选控制装置包括l型环、安装座、旋转电机以及紧固装置，所述l型环固定在侧凹环套的上下端侧，所述安装座、旋转电机分别安装在侧凹环套的外凹腔中，所述安装座设有多组，所述安装座轴承安装有齿轮，多组所述齿轮的外侧啮合有齿环，所述旋转电机竖向设置在一组齿轮的上方，所述一组齿轮的上端同轴固定有固定筒，所述固定筒内筒壁上圆周均匀固定有弹性的粗糙贴块，所述旋转电机输出端固定有粗糙轴，所述粗糙轴贯穿多组所述粗糙贴块所围的轴心处，所述一组齿轮的上端一侧边缘安装有紧固装置，所述紧固装置用于控制粗糙贴块与粗糙轴贴合和分离。
6.作为本发明的一种优选技术方案，所述紧固装置包括伸缩杆二、人字连杆、
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型连杆以及锁紧弧环，所述伸缩杆二固定在一组齿轮上，所述人字连杆的中部铰接在伸缩杆二的上端上，所述
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型连杆下侧两端分别与人字连杆的两端相铰接，所述锁紧弧环的两弧端
分别连接在
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型连杆上侧两端上，所述锁紧弧环套在多组所述粗糙贴块的外侧。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述避障导航转置包括安装壳环、避障引导行进环套，所述安装壳环固定套在齿环上，所述安装壳环中开设有容置环腔，所述安装壳环上还分别开设有环槽一、环槽二，所述环槽二用于与l型环转动连接，所述避障引导行进环套包括有弧片板、柔性绵环，所述弧片板圆周均匀分布多组，所述弧片板的上下端分别固定有凸条块，所述凸条块嵌入环槽一中滑动连接，所述弧片板还通过缓冲弹簧连接在容置环腔的腔壁上，所述柔性绵环套在多组所述弧片板的外侧，所述柔性面环中还嵌入有径向上的监测弹簧，所述监测弹簧分别圆周和轴向均匀分布多组。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述柔性绵环外侧上下端开设有倒角面，所述倒角面上贴附有硅胶环条。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述激光雷达分别对实验室内空间大小进行扫描、实验室内存有设备物体进行扫描，获取实验室空间模型图、设备物体的障碍物模型块、障碍物模型块位于空间模型图中的坐标以及获取高度低于清洁机器人顶部高度与实验室地面之间的空间可行进路径。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述gps轨迹记录模块分别用于记录更新未与设备物体贴触时的行进轨迹一、记录与设备物体贴触时的行进轨迹二，所述行进轨迹一、行进轨迹二用于实验室清洁的清洁路线，且所述行进轨迹二用于引导清洁紧靠在设备物体外边缘处的区域，以及作为清洁路线的避障路线和靠向设备物体表面时的减速信号。
11.作为本发明的一种优选技术方案，压力传感监测系统包括有压力传感单元、分压力数据处理元以及总压力数据处理元，所述压力传感单元设置多组，分别与监测弹簧一一对应设置，监测柔性绵环与设备物体触碰、微压的压力状况，处于同一竖向上的压力传感单元监测的压力数据，由下至上记录为一个压力数据组，一个所述压力数据组对应一个所述分压力数据处理元，所述分压力数据处理元对压力数据组中的压力数据进行动态监测和监测压力数据的波动状况，所述总压力数据处理元对应所有的所述分压力数据处理元，所述总压力数据处理元对分压力数据处理元的压力数据进行动态监测和监测压力数据的波动状况，以便判断柔性绵环与设备物体表面的挤压状况，并维持在一定挤压程度的范围中，反馈出与柔性绵环同层面中的设备物体的表面实体状况，及时调控避障路线。
12.作为本发明的一种优选技术方案，同一时间段，所述分压力数据处理元对一个压力数据的波动状况进行处理分析，获取设备物体表面纵向面的凹凸状况，不同时间段，通过总压力数据处理元将和设备物体接触的多个所述分压力数据处理元处理的压力数据与其相邻侧的多个所述分压力数据处理元处理的压力数据进行强弱比较，以便向转向装置中反馈调控转向。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述避障导航转置未与设备物体接触时，所述紧固装置控制粗糙贴块与粗糙轴处于分离状态，以便避障导航装置遇到活动的障碍物时，被动自旋转动，缓冲活动的障碍物的冲击力，所述避障导航转置与设备物体接触挤压时，所述紧固装置控制粗糙贴块与粗糙轴处于贴合状态，以便控制避障导航装置沿设备物体表面滚动。
14.与现有技术相比，本发明提供了一种实验室自动清洁机器人避障导航装置，具备以下有益效果：
15.本发明中首先通过激光雷达对实验室内空间大小进行扫描，长期记录其空间模型图，并对其内部的设备物体进行短期记录为障碍物模型块，从而获取行进轨迹一、行进轨迹二，尤其是行进轨迹二的获得，能够使得对障碍物进行避障的同时，又作为靠向障碍物移动过程中的减速信后，以便避免所靠向的设备物体为较轻设备物体，引发较轻设备物体被迫移动或倾倒，再通过避障导航转置与避障导航监测系统的配合使用，使得清洁机器人能够紧贴绕着障碍物表面进行移动，从而对紧靠在障碍物表现的区域进行全面清洁，且通过避障导航转置中的外旋导航装置的使用，使得清洁过程中遇到较轻或活动的障碍物时，能够防止靠向较轻设备物体冲力过大导致较轻设备物体被迫移动的情况，且当与活动的障碍物触碰时，避障导航转置能够瞬间自旋卸力，降低对清洁机器人的冲击程度，进而使得清洁机器人的行走更加稳定。
附图说明
16.图1为本发明的避障导航装置结构示意图；
17.图2为本发明的避障引导行进环套局部结构放大示意图；
18.图3为本发明的自旋控制装置局部结构放大示意图；
19.图中：1、顶盖罩；2、底盘；3、转向装置；4、行走装置；5、清洁装置；6、伸缩杆一；7、避障导航装置；8、侧凹环套；9、l型环；10、安装壳环；11、环槽一；12、环槽二；13、避障引导行进环套；14、凸条块；15、缓冲弹簧；16、自旋控制装置；17、弧片板；18、柔性绵环；19、监测弹簧；20、硅胶环条；21、压力传感监测系统；22、安装座；23、旋转电机；24、粗糙轴；25、齿轮；26、固定筒；27、伸缩杆二；28、人字连杆；29、
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型连杆；30、锁紧弧环；31、粗糙贴块；32、齿环。
具体实施方式
20.参照图1-3，本发明提供一种技术方案：一种实验室自动清洁机器人避障导航装置，包括顶盖罩1、底盘2、转向装置3、行走装置4、清洁装置5以及避障导航转置7，所述转向装置3、行走装置4以及清洁装置5分别通过伸缩杆一6安装在顶盖罩1中，所述顶盖罩1外侧套有侧凹环套8，所述底盘2与顶盖罩1下端固定连接，所述避障导航转置7安装在侧凹环套8上，所述避障导航转置7还包括有自旋控制装置16、外旋导航装置，所述自旋控制装置16固定在侧凹环套8上，所述外旋导航装置与侧凹环套8转动安装，所述自旋控制装置16对外旋导航装置的自旋和非自旋方式进行调控，且所述避障导航转置7还连接有避障导航监测系统，所述避障导航监测系统还包括有用于空间扫描的激光雷达、用于记录行进轨迹的gps轨迹记录模块以及辅助避障导航转置7避障导航的压力传感监测系统21。
21.本实施例中，所述自选控制装置16包括l型环9、安装座22、旋转电机23以及紧固装置，所述l型环9固定在侧凹环套8的上下端侧，所述安装座22、旋转电机23分别安装在侧凹环套8的外凹腔中，所述安装座22设有多组，所述安装座22轴承安装有齿轮25，多组所述齿轮25的外侧啮合有齿环32，所述旋转电机23竖向设置在一组齿轮的上方，所述一组齿轮的上端同轴固定有固定筒26，所述固定筒26内筒壁上圆周均匀固定有弹性的粗糙贴块31，所述旋转电机23输出端固定有粗糙轴24，所述粗糙轴24贯穿多组所述粗糙贴块31所围的轴心处，所述一组齿轮的上端一侧边缘安装有紧固装置，所述紧固装置用于控制粗糙贴块31与粗糙轴24贴合和分离。
22.本实施例中，所述紧固装置包括伸缩杆二27、人字连杆28、
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型连杆29以及锁紧弧环30，所述伸缩杆二27固定在一组齿轮上，所述人字连杆28的中部铰接在伸缩杆二27的上端上，所述
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型连杆29下侧两端分别与人字连杆28的两端相铰接，所述锁紧弧环30的两弧端分别连接在
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型连杆29上侧两端上，所述锁紧弧环30套在多组所述粗糙贴块31的外侧。
23.本实施例中，所述避障导航转置7包括安装壳环10、避障引导行进环套13，所述安装壳环10固定套在齿环32上，所述安装壳环10中开设有容置环腔，所述安装壳环10上还分别开设有环槽一11、环槽二12，所述环槽二12用于与l型环9转动连接，所述避障引导行进环套13包括有弧片板17、柔性绵环18，所述弧片板17圆周均匀分布多组，所述弧片板17的上下端分别固定有凸条块14，所述凸条块14嵌入环槽一11中滑动连接，所述弧片板17还通过缓冲弹簧15连接在容置环腔的腔壁上，所述柔性绵环18套在多组所述弧片板17的外侧，所述柔性面环18中还嵌入有径向上的监测弹簧19，所述监测弹簧19分别圆周和轴向均匀分布多组。
24.本实施例中，所述柔性绵环18外侧上下端开设有倒角面，所述倒角面上贴附有硅胶环条20。
25.本实施例中，所述激光雷达分别对实验室内空间大小进行扫描、实验室内存有设备物体进行扫描，获取实验室空间模型图、设备物体的障碍物模型块、障碍物模型块位于空间模型图中的坐标以及获取高度低于清洁机器人顶部高度与实验室地面之间的空间可行进路径。
26.本实施例中，所述gps轨迹记录模块分别用于记录更新未与设备物体贴触时的行进轨迹一、记录与设备物体贴触时的行进轨迹二，所述行进轨迹一、行进轨迹二用于实验室清洁的清洁路线，且所述行进轨迹二用于引导清洁紧靠在设备物体外边缘处的区域，以及作为清洁路线的避障路线和靠向设备物体表面时的减速信号。
27.本实施例中，压力传感监测系统21包括有压力传感单元、分压力数据处理元以及总压力数据处理元，所述压力传感单元设置多组，分别与监测弹簧19一一对应设置，监测柔性绵环与设备物体触碰、微压的压力状况，处于同一竖向上的压力传感单元监测的压力数据，由下至上记录为一个压力数据组，一个所述压力数据组对应一个所述分压力数据处理元，所述分压力数据处理元对压力数据组中的压力数据进行动态监测和监测压力数据的波动状况，所述总压力数据处理元对应所有的所述分压力数据处理元，所述总压力数据处理元对分压力数据处理元的压力数据进行动态监测和监测压力数据的波动状况，以便判断柔性绵环与设备物体表面的挤压状况，并维持在一定挤压程度的范围中，反馈出与柔性绵环同层面中的设备物体的表面实体状况，及时调控避障路线。
28.本实施例中，同一时间段，所述分压力数据处理元对一个压力数据的波动状况进行处理分析，获取设备物体表面纵向面的凹凸状况，不同时间段，通过总压力数据处理元将和设备物体接触的多个所述分压力数据处理元处理的压力数据与其相邻侧的多个所述分压力数据处理元处理的压力数据进行强弱比较，以便向转向装置中反馈调控转向。
29.本实施例中，所述避障导航转置7未与设备物体接触时，所述紧固装置控制粗糙贴块31与粗糙轴24处于分离状态，以便避障导航装置遇到活动的障碍物时，被动自旋转动，缓冲活动的障碍物的冲击力，所述避障导航转置7与设备物体接触挤压时，所述紧固装置控制粗糙贴块31与粗糙轴24处于贴合状态，以便控制避障导航装置7沿设备物体表面滚动。
30.在具体实施时，通过激光雷达扫描实验室内空间大小，获取长期存有的空间模型图，对实验室内存有设备物体进行扫描，获取短期存有的设备物体的障碍物模型块、障碍物模型块位于空间模型图中的坐标，以及获取高度低于清洁机器人顶部高度与实验室地面之间的空间，得出可行进路径的路线，第一次使用时，启动行走装置、转向装置、清洁装置对实验室进行清洁，并在清洁的过程中，通过gps轨迹记录模块记录得出行进轨迹一、行进轨迹二，其中，当避障导航装置触碰设备物体表面时，如桌子腿，通过压力传感监测系统的监测反馈，保证柔性绵环与桌子腿表面紧贴，并将压力数据的处理分析实时反馈与转向装置，从而形成紧贴桌子腿表面绕旋清洁其附近的区域，当后续再次使用时，则直击沿着行进轨迹一进行移动，并实时监测判断新的障碍物的出现，并更新行进轨迹一、行进轨迹二的路线，且通过伸缩杆一的调控能够使得底盘、顶盖向上抬起，跨越障碍物。
31.以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。